自动化专业知识.ppt

1,自动化专业基础,2,讲座内容,自动化专业介绍自动化专业应用范畴自动化专业的课程体系与知识结构自动化专业的就业自动化专业的考研与出国大学四年的安排和计划,3,自动化系的两个专业,自动化专业,信息与控制学院自动化系,测控专业,4,从科学理论地角度来看，20世纪上半叶的三大伟绩是相对论、量子论和控制论 可以称它们为三项科学革命，是人类认识客观世界的三大飞越。,1 自动化专业,Yuhong.Wang,Ph.D,5,1955年，钱学森回国,1955年，钱学森回国，带回了两样东西：,原子弹和控制论,1 自动化专业,1.1 自动化的概念 自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程），在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标。广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。,1 自动化专业,6,人工控制原理眼：测量实际液位H 检测过程。脑：将实际液位H 和期望液位HS比较，根据两者偏差正负及大小作出决策。比较、分析、决策过程。手：执行大脑命令，调节阀门开度。执行过程。,例：液位控制系统,期望液位：,1 自动化专业,7,8,原理方框图：,1 自动化专业,9,自动控制原理,变送器(眼）：测量实际液位H并进行物理转换。,控制器（大脑）：也叫调节器，将测量值mv和给定值sv相比较，根据两者的偏差进行运算，输出控制信号u。,执行器（手）：也叫调节阀，改变阀门开度。,1 自动化专业,10,自动控制原理方块图：,1 自动化专业,11,被控对象,自动控制装置,1 自动化专业,控制与自动化技术发展至今，可以说是已从“人类手脚的延伸”扩展到“人类大脑的延伸”。控制与自动化技术时时在为人类“谋”福利，可谓无所不在、无处没有。,1 自动化专业,12,自动化的魅力 自动化设备能克服人的局限性生理阈值，完成人无法完成的工作，如：人易出错，自动化设备与系统完成作业的一致性与重复性要远高于人，使生产的产品质量大幅度地提高；人的视觉、人的手，无法完成精确（精细）动作，因而集成电路的制作必须采用高精尖的自动化设备；人的“庞大”的躯体，无法在窄小空间中作业，从而各种管道（油管、水管）内的检修，需要各种管道机器人。人无法承受高温、高压、深水、核等环境下的工作，必须采用各种自动化设备或机器人,1 自动化专业,13,自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科，是当代高技术的集中体现与应用。自动化研究，宽、广，几乎无所不包，并且，伴随其它技术发展，越来越广。,1 自动化专业,1.2 自动化学科（专业）的特点,（1）学科特点,14,（2）专业特点,具有中国的特色、创新，主要特点有：*具有多学科交叉、内涵丰富、外延宽广的特点，因而利于培养宽口径、多面手、综合复合型人才；*得益于具有方法论性质的科学方法、科学思想的熏陶，思想更开阔、也更有深度，非常利于培养具有创新能力的人才。*突出系统与集成的思想、方法，有利于培养“将才”与“帅才”。,1 自动化专业,15,（3）学自动化的特点,在所有学工的学生中，学自动化学习的计算机 仅次于计算机专业。,在所有学工的学生中，学自动化需要的数学知识最多。,自动化专业基础面宽，需要学的知识多，并要求扎实。,1 自动化专业,16,从而：学自动化专业的适应面宽、分配好，且工作易成功。,这符合大学改革的方向宽基础、宽专业面,1 自动化专业,17,（2）、机械制造自动化 机械制造是现代工业重要的组成部分，对国民经济建设有非常巨大的影响。数控技术和数控系统：数控技术是一门以数字的形式实现控制的技术，计算机数字控制系统是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程序控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。数控技术是美国从数控机床的研制开始的。几十年来，数控装置和数控机床经历了研究、试制（19481955年）、在工业上应用（19561959年）和高速度发展（1960年到现在）三个发展阶段。实践经验证明，数控装置和数控机床在提高生产效率、节省人力、提高加工精度、降低加工费用等方面都具有很大的优越性。数控技术在近几年来获得了极为迅速的发展，它不仅在机械加工中越来越普遍得到应用，而且在其他设备中也广泛应用。例如：数控精密火焰切割机和电火花切割机、数控弯扳机、数控弯管机、数控压力机、数控绘图机、数控电焊机等。特别是高效自动化机床，是机床自动化方面一个新的、重要发展方向。数字控制机床的出现，标志着机床工业进入了一个新的发展阶段，也是当前工业自动化的主要发展方向之一。,2 自动化专业应用范畴,18,柔性制造系统：是在计算机直接数控基础上发展起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的控制系统和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数控机床、材料和工具自动运输设备、产品零件自动传输设备自动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能在一定范围内完成不同工件的加工任务。柔性制造系统由加工系统（多台制造设备）、物流系统（设备间自动传输材料、工具和产品零件）、中央管理系统（执行整个系统的生产计划与作业调度、集中监控以及加工程序管理等工作）组成。计算机集成制造系统：是在自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动（设计、制造及经营管理，包括市场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造以及销售经营等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现高度统一的综合化管理，把各种分散的自动化系统有机地集成起来，构成一个优化的完整的生产系统，从而获得更高的整体效益，缩短产品开发制造周期、提高产品质量、提高生产率、提高企业的应变能力和竞争能力。,2 自动化专业应用范畴,19,（1）、过程工业自动化 过程工业包括电力、石油化工、化工、造纸、冶金、制药、轻工等国民经济中举足轻重的许多工业，主要对系统的温度、压力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大参数进行控制。研究这些工业的控制和管理成为人们十分关注的领域，是本学科非常重要的应用领域之一。过程控制研究过程工业生产过程的描述、模拟、仿真、设计、控制和管理，旨在进一步改善工艺操作，提高自动化水平，优化生产过程（提高产品的产量和质量，降低原材料和能源的损耗），加强生产管理，最终显著地增加经济效益。近年来迅速发展起来的现场总线网络控制系统，更是控制技术和计算机技术高度结合的产物。与机械制造系统中的计算机集成制造系统类似，计算机集成生产系统将计划优化、生产调度、经营管理和决策引入计算机控制系统，计算机集成生产系统是过程工业自动化的最新成就和发展方向，是自动控制与自动化技术非常重要的应用领域。,2 自动化专业应用范畴,20,（3）、电力系统自动化 不管是何种形式的电力系统，对其都有三个方面的基本要求：安全性、经济性和必要的供电质量。为了满足这些基本要求，电力系统自动化是必不可少的。首先，安全供电离不开自动化。即使对于单个的火力发电系统，为了保障发电机的安全，需要采用自动装置进行过电压保护、过电流保护、接地保护、功率反向保护或差动保护。对汽温、汽压、真空度、水位、炉膛压力、燃烧情况以及汽轮发电机的电流、电压、轴承温度等参数需要进行检测和监控。这些都是电力系统基础自动化的基本内容。目前单个的电力系统已经很少见，由不同规模、不同性质的电力系统形成复杂的联网已经成为电力系统发展的必然趋势。此时，简单的单项自动装置已经不能解决问题，要检测和识别更多的参数，并及时地做出正确的综合判断。,2 自动化专业应用范畴,21,其次，经济运行需要自动化。若干联网电厂总的经济性和单个机组经济性的考虑出发点不同，不能只考虑单个机组的经济性。对于火力发电厂，不但要考虑每个电厂煤耗率、煤耗微增率（即增加单位负荷所需的煤耗量），还要考虑不同电厂在输电过程中的不同线路损耗。电力系统形成复杂的联网时，有多个电厂向电网输入电力，由于环网之间的出力分配相互影响，人们将面临一个多输入、多输出的大系统，它有大量、复杂的信息处理，还需要进行负荷预测。这些必须借助基于计算机的自动化管理与控制系统才能达到希望的效果。再次，供电质量的自动化要求。供电质量主要指电压质量和频率质量。例如频率下降时，鼓风机出力减少，锅炉给水泵打不上水，火力发电厂的锅炉将不能运行；油泵不能供应轴承润滑油，汽轮发电机的轴瓦将被烧坏。频率变化对电子设备的影响更大。电压质量直接影响到用户的用电质量。电压过高会损害用电电器，或影响其寿命；电压过低则电灯不亮，荧光灯不能启动，甚至会由于转矩不够而烧坏电动机。自动调节发电机的端电压、保护用户电压稳定、自动调节频率是电力系统自动化的主要任务之一。,2 自动化专业应用范畴,22,（4）、飞行器控制 飞行器是人类征服自然、改造自然过程中发明的重要工具。现代飞行器有很多种类，例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。不管是何种飞行器均离不开自动控制系统。而且不同的飞行器其控制系统也各不相同，系统的性能、功能和结构可能截然不同。因此飞行器是自动控制最重要的应用领域，许多先进的、新型控制理论和技术正是为了适应飞行器工程的高要求而发展起来的。,导弹控制系统：其主要任务是：控制导弹有效载荷的投掷精度（命中精度），对飞行器实施姿态控制，保证在各种条件下的飞行稳定性；在发射前对飞行器进行可靠、准确的检测和操纵发射。由于飞行时间一般较短，但却经受着内外干扰、多种环境条件的恶劣影响，因而往往偏离预计轨道和预计飞行状态。控制系统的作用就是消除或减小这些干扰和影响的后果，控制导弹准确、可靠地完成飞行动作，最后飞向目标。,2 自动化专业应用范畴,23,导航系统：导航是指利用敏感器件测量飞行器的运动参数，并将测量的信息直接或经过变换、计算来表征飞行器在某种坐标系的角度、速度和位置等状态量。而由测量、传递、变换、计算几个环节组成并给出飞行器初始状态和飞行运动参数的系统则称为导航系统。例如近几年发展和完善起来的全球卫星定位系统。不仅飞行器需要导航系统，车辆、舰船也不同程度地离不开导航系统。制导系统：其主要功能是利用导航系统提供的飞行器运动参数，对飞行器运动进行控制，使飞行器从某一飞行状态达到期望的终端条件，保证飞行器以足够的精度命中目标。对于打击远距离固定目标的地对地导弹，一般是将导弹自身的实时运动参数与事先设计好的标准弹道相比较，由此获得误差信号，根据一定的制导规律（控制算法）来控制导弹的运动，最终使导弹沿标准弹道飞行直到命中目标。随着控制理论的不断发展，许多新的制导规律正在不断发展完善。,飞行器控制系统还有：姿态控制系统、飞行控制电子综合系统、测试与发射控制系统等。,2 自动化专业应用范畴,24,（5）、智能建筑 一般认为智能建筑包括三大基本要素，即楼宇自动化系统，通信自动化系统和办公自动化系统，三者是有机结合在一起的。楼宇自动化系统实现对大楼供电、照明、报警、消防、电梯、空调等设备子系统的监控和管理，对设备运行参数进行实时控制与监视，对动力设备进行节能控制，对设备非正常运行状态报警，从而实现对设备的优化管理与控制，保障设备运行的安全性和可靠性。通信自动化系统是大厦智能化的“中枢神经”。它由各种通信设备、通信线路以及相关计算机软件组成。它主要包括传送话音、数据和图象的基本通信网络；实现楼层间各种终端、微机、工作站之间通信的楼层局域网；沟通楼群或楼内计算机与楼内各个局域网间通信联系的高速主干网以及与公共信息资源（如Internet）相通的远程数据通信网。智能大厦的办公自动化系统具有文字处理、资料管理、行政管理、图象或图形处理、声音处理、网络通信等多种功能，可以对智能大厦内的数据网络控制中心提供动态信息资源分配、故障诊断及恢复、信息处理及网络性能等进行监控。,2 自动化专业应用范畴,25,6智能交通系统 交通运输是国民经济支柱性产业，对人类的生产、生活有着非常重要的影响。每个国家都面临道路交通日益拥挤、路网通行能力不能满足交通量增长需要的问题。智能交通系统正是为了改变现在的交通状况、减轻交通拥挤、减少交通事故、制止交通环境的恶化，使现代化的交通更好的为经济建设服务而出现和发展起来的一个综合领域，自动控制和自动化技术在其中扮演着十分重要的角色。该系统将采集到的各种道路交通及服务信息经交通管理中心集中处理后，传输到公路运输系统的各种用户（驾驶员、居民、警察局、停车场、运输公司、医院、救护排障等部门），出行者可实时选择交通方式和交通路线；交通管理部门可自动进行合理的交通疏导、控制和事故处理；运输部门可随时掌握车辆的运行情况，进行合理调度。最终，使路网上的交通流运行处于最佳状态，从而改善交通拥挤和阻塞，最大限度地提高路网的通行能力，提高整个公路运输系统的机动性、安全性和生产效率。,2 自动化专业应用范畴,26,（7）、生物控制 主要包括：研究生物体中通信和控制的动态过程，研究生命体遗传、发育、进化中的动力学规律，研究生物体与周围环境相互联系和制约中的反馈机制；进一步通过信息技术和自动化手段在不同的结构层次上予以控制，乃至把高度发达的生物机能作为工程系统或社会经济系统控制或决策中的“参考系”等。具体研究方向有生物控制系统（血压控制系统、呼吸控制系统、体温控制系统、神经控制系统、内分泌控制系统和肌肉起动控制系统等）、遗传及其控制、神经控制、生物行为控制、仿生学等等。（8）、生态与环境控制（9）、社会经济控制（10）、大系统控制与系统工程,2 自动化专业应用范畴,27,28,大一在学公共基础课,数理化英计算机 数学 物理 化学 英语 计算机编程,29,大二在学公共基础和学科基础,数理化英电 工程数学 物理 物理化学 英语 电路分析 数字电路、模拟电路,30,大三在学专业，开始发展自己的方向,专业课程：控制类课程和仪表类课程,专业方向：A组：过程自动化及仪表方向B组：电气化与自动化方向,大三时开始根据自己的爱好和兴趣选择专业发展方向,31,大四：专业知识的综合应用,大四课程的目的：专业知识综合应用以及知识面的拓宽,毕业设计：会发现自己掌握知识是多么不牢靠，发现自己的能力是多么欠缺,32,4 专业课程体系与知识结构,33,四年课程围绕着这个图进行设置,自动化专业四年中最重要的一张图,4 专业课程体系与知识结构,34,自动化仪表 控制理论自动控制系统,传感器与检测基础自动化仪表与DCS成分分析仪表新型测控仪表智能仪表开发可编程控制器,自动控制原理 现代控制理论 控制系统仿真技术 系统辨识 自适应控制 预测控制 过程控制工程,4 专业课程体系与知识结构,Yuhong.Wang,Ph.D,35,2 自动化专业的知识体系结构,36,所有的行业都可以同自动化挂钩流程工业控制、涉及到控制的行业和专业都可以进入，甚至经济“硬”可做转电子工程；“软”可转计算机，也可转通信。考研：包括中国科学院，全国大部分高校都有自动化专业。,自动化专业就业优势,5 自动化专业就业,37,就业的岗位的选择,自动化工程师 自动化系统的维护、优化等工作自动化设计师 自动化系统的设计和开发；软件工程师 自动化系统相关软件设计和开发。,做设计有前途做销售有“钱”途做维护就是工薪阶层，属于服务行业,5 自动化专业就业,38,薪水：分地区、分行业、还有机遇本科生：广东地区，70008000/月 北方地区，如中海油服，3000左右/月，出海可以到7000/月研究生：北京：起薪78万/年 海尔海信，年薪50000，其他加起来78万 我的两个女研究生：一个分到中国天辰工程有限公司，月薪4000，一个到了潍柴动力，5000/月,5 自动化专业就业,39,选择心仪的学校：名校、名师，大城市相关选修课要进行选修发展各种能力，包括参加各种大赛与导师联系沟通,6 自动化专业考研与出国,40,一般情况下，我校进入名校读研的学生，都被要求直攻博,我校自动化学生考研的现实,6 自动化专业考研与出国,41,自动化专业的学科,6 自动化专业考研与出国,控制科学与工程（一级学科）,学科组成示意图,42,自动化专业的学科,(1)控制理论与控制工程“控制理论与控制工程”学科以工程领域内的控制系统为主要对象，以数学方法和计算机技术为主要工具，研究各种控制策略及控制系统的建模、分析、综合、设计和实现的理论、技术和方法。复杂系统的建模、控制、优化、决策与仿真；鲁棒控制与非线性控制；工程系统的综合控制与优化；运动控制系统设计与分析；先进控制理论与方法。,43,自动化专业的学科,(2)检测技术与自动化装置“检测技术与自动化装置”是研究被控对象的信息提取、转换、传递与处理的理论、方法和技术的一门学科。它的理论基础涉及现代物理、控制理论、电子学、计算机科学和计量科学等，主要研究领域包括新的检测理论和方法，新型传感器，自动化仪表和自动检测系统，以及它们的集成化、智能化和可靠性技术。先进传感与检测技术；新型执行机构与自动化装置；智能仪表及控制器；测控系统集成与网络化；测控系统的故障诊断与容错技术。,44,自动化专业的学科,(3)模式识别与智能系统“模式识别与智能系统”主要研究信息的采集、处理与特征提取，模式识别与分析，人工智能以及智能系统的设计。它的研究领域包括信号处理与分析，模式识别，图象处理与计算机视觉，智能控制与智能机器人，智能信息处理，以及认知、自组织与学习理论等。智能控制与智能系统；专家系统与智能决策；模式识别理论与应用；智能信息处理与计算机视觉；生物信息学。,45,自动化专业的学科,(4)系统工程“系统工程”是从整体出发合理组织、控制和管理各类系统的综合性的工程技术学科。系统工程以工业、农业、交通、军事、资源、经济、社会等领域中的各种复杂系统为主要对象，以系统科学、控制科学、信息科学和应用数学为理论基础，以计算机技术为基本工具，以优化为主要目的，采用定量分析为主、定性定量相结合的综合集成方法，研究解决带有一般性的系统分析、设计、控制和管理问题。系统工程理2论及应用；系统分析、设计与集成；系统预测、决策、仿真与性能评估；网络信息技术、火控与指控系统技术；复杂系统信息处理、控制与应用技术。,46,自动化专业的学科,(5)导航、制导与控制“导航、制导与控制”是以数学、力学、控制理论与工程、信息科学与技术、系统科学、计算机技术、传感与测量技术、建模与仿真技术为基础的综合性应用技术学科。该学科研究航空、航天、航海、陆行各类运动体的位置。方向、轨迹、姿态的检测、控制及其仿真，是国防武器系统和民用运输系统的重要核心技术之一。惯性定位导航技术；组合导航及智能导航技术；飞行器制导、控制与仿真技术；惯性器件及系统测试技术；火力控制技术。,47,各个学科方向的排名,控制理论与控制工程排名 学科代码：081101 1 清华大学 A+081101控制理论与控制工程 2 山东大学 A+081101控制理论与控制工程 3 北京科技大学 A+081101控制理论与控制工程4 上海交通大学 A+081101控制理论与控制工程 5 东北大学 A+081101控制理论与控制工程 6 浙江大学 A+081101控制理论与控制工程7 同济大学 A+081101控制理论与控制工程 8 西北工业大学 A+081101控制理论与控制工程 9 南开大学 A+081101控制理论与控制工程 10 华南理工大学 A+081101控制理论与控制工程,48,各个学科方向的排名,检测技术与自动化装置排名 学科代码：081102 1 浙江大学 A+081102检测技术与自动化装置 2 天津大学 A+081102检测技术与自动化装置3 清华大学 A+081102检测技术与自动化装置 4 电子科技大学 A+081102检测技术与自动化装置 5 哈尔滨工业大学 A+081102检测技术与自动化装置 6 华中科技大学 A+081102检测技术与自动化装置 0811007 北京航空航天大学 A+081102检测技术与自动化8 东北大学 A 081102检测技术与自动化装置 9 中国科学技术大学 A 081102检测技术与自动化装置 10 华东理工大学 A 081102检测技术与自动化装置,我校学生考研去向,其他可以考虑的学校,北京科技大学南京理工大学大连理工和大学中国科技大学国防科技大学华南理工大学,51,比较尴尬的事实：欧美国家没有自动化这个专业。欧美国家自动化专业包含在下面在：DoubleE（电子工程）CS（计算机科学）专业，化工工程(CE)数学比较有意思的现象：在国外开相关的控制会议，华人占很大的比例。在控制学科，华人显示出了巨大的优势。出国申请：我们在DoubleE（电子工程）、CS（计算机科学）专业、化工工程(CE)申请还是能成功的,关于出国,认知和技能方面 掌握数理等基础理论的原理和方法；了解机械、力学、电器、化工等相关学科的一般原理和方法；掌握计算机、通信、电子等关联学科的基本原理、方法以及相应的实验仪器和设备的使用技能；掌握控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法；掌握系统仿真、科学计算、软硬件开发等科学实验方法和技术；,自动化领域专门人才,具有哲学、方法论、经济学、历史、法律、伦理、社会学、文学、艺术等人文社会科学方面以及军事方面的基本知识；具有良好的资料收集、文献检索以及口头表达和书面写作等技巧和能力，并形成很强的自主学习能力，培养终身学习的观念；具有辩证的、逻辑的、形象的和创造的科学思维方式和对事物进行统计、分析、综合、归纳的技能，并形成较强的发现问题、分析问题和解决问题的能力；具有一定的适应、协调、合作、组织和管理能力。,自动化领域专门人才,（2）思想和情感方面 政治品质 思想品质 道德品质,自动化领域专门人才,（3）意识和意志方面 实践意识：持一切从实际出发，不迷信书本，不迷信权威。质量意识：认认真真做好每一件事，在研制和开发的每一个环节都坚持质量至上的思想。协作意识：现代科学研究和现代工程已经很少是一个人可以独立完成的了，所以要能与同事协同工作、协调配合。不会和他人协作的工程师，一定不会是一个合格的人才,自动化领域专门人才,创新与竞争意识：现代社会是充满挑战和竞争的社会，只有那些不断追求新意境、新见解、敢于竞争的人才能把握机遇、走向成功。那些墨守成规、固步自封的人只会在抱怨声中错失良机。坚毅意志：人生路漫漫，每个人在生活、学习和工作中都可能遇到这样或那样的困难和挫折，要敢于面对困难、善于克服困难。只有拥有坚强的意志和顽强的精神，才可能克服眼前的困难，实现预定的目标。,自动化领域专门人才,